ヒートパイプヒートシンクの紹介: 完全ガイド

電子コンポーネントを冷却するより効率的な方法をお探しですか?

その場合は、ヒートパイプ ヒートシンクの使用を検討してください。ヒート パイプ技術は何十年も前から存在しており、今でも熱を放散する最も効果的な方法の 1 つです。

この記事では、ヒートパイプとは何か、またその仕組みについて説明します。さらに、ヒートパイプをヒートシンクとして使用する利点についても説明します。さらに詳しく知りたい方は読み続けてください!

ヒートパイプヒートシンクとは何ですか?

ヒートパイプヒートシンク 液体が満たされた密閉された金属管から作られています。

デバイスの発熱部分 (たとえば、半導体) は一方の端の中央に位置し、熱を生成します。

熱はパイプ内の液体に伝わり、チューブのもう一方の端に伝わります。

パイプのこの端にあるファンはパイプ全体に空気の流れを提供し、液体の熱を周囲の大気に強制します。

熱とは何ですか パイプ？

ヒートパイプは熱伝達装置です。液体が入った密封された金属管は断熱材で覆われており、一端は大気にさらされ、もう一端は液体に浸されているため、内部は沸騰することなく蒸発できます。

この蒸気は、チューブを通って移動するときに、蒸気が入る場所の近くのチューブ壁で再び凝縮します。

このプロセスでは、パイプの一端付近の高温領域からもう一方の端付近の低温領域に顕熱を抽出することで冷却します。

内部を動き回る液体の塊が周囲のガスを引っ張り、分子が単に再処理されるのではなく引っ張られるため、潜在エネルギーを除去することによって。

したがって、材料が熱い場合、エネルギーを放射し、それが熱く感じられる可能性があると言えます。

密閉管キャピラリーでは、液体が沸騰して故障します。

それでも、一部が金属と接触した静かな静止​​位置に戻ることができるように開口部を追加することで、ガス分子が金属に接触しなくなる通常の状態に戻る前に、ガス分子を引っ張る潜在エネルギーを取り除く時間があります。他の分子を引っ張ります。

ヒートパイプは、移動する液体を蒸発させて気体にし、もう一方の端では既に温度が下がっている液体に凝縮させることで、その液体を冷たく保ちます。

ヒートパイプはどのように機能しますか?

ヒートパイプは、液体が入った単純な金属で、加熱されて蒸発して気体になり、もう一方の端で凝縮して液体に戻ります。それらの優れた点は、この蒸発と凝縮のプロセスを利用して熱を伝達することです。

ヒートパイプの技術的特徴

ヒートパイプの技術的特徴は次のとおりです。

ヒート パイプには、両端が密閉された作動流体を含む閉じた内管があり、各端はさまざまな条件にさらされます。通常、第 1 端 (凝縮器) は外気または大気に開放されており、もう一方 (蒸発器) は液体を蒸発させます。また、液体がチューブから出るのを防ぐ多孔質材料のプラグなどの外部手段によって栓をすることもできます。

ヒート パイプの長さと直径は、その性能に大きく影響します (製品自体が非常に重要であり、多くの設計上のトレードオフが関係します)。通常、作動流体は、高温端での蒸発と低温端での凝縮によって引き起こされる自然循環によってチューブの長さに沿って移動します。ヒートパイプは熱を一方向のみに移動させるために使用されます。

作動流体はほぼあらゆる液体または蒸気ですが、適切な蒸気圧と粘度を持っていなければなりません。これら 2 つの特性により、蒸発器上の凝縮液体の高さが決まり、ガスの体積流量とともに、所定の時間内にどれだけの熱が伝達できるかが決まります。

作動流体は、高い比熱容量や蒸発潜熱（液体から蒸気に変化する速度を遅くするため）など、適切な熱特性を備えていなければなりません。凍結を最小限に抑えるには、流体の凝固点も低くする必要があります。

これにより、ヒート パイプが動作温度を下回る温度にさらされた場合でも、チューブから液体を排出 (凍結解除) しやすくなります。

最も一般的な作動流体は水ですが、アンモニア、エタノール、メタノールも使用できます。大きな直径のヒートパイプは、小さな直径のユニットよりも単位長さあたりに大量の熱を運ぶため、建物や産業プロセスの加熱に使用されます。

ヒートパイプヒートシンクの放熱原理

ヒートパイプの放熱原理は単純です。

ホットエンドは廃熱を放出するコンポーネントに接続され、パイプのコールドエンドは空気または液体との接触によって冷却されます。

パイプ内の作動流体はこの廃熱を吸収して運び去り、その際に蒸発します。

気化プロセスによりパイプの両端間に圧力差が生じ、これにより作動流体がチューブの長さに沿って流れます。

次に、蒸発した作動流体が低温端で凝縮し、その潜在エネルギーが放出され、サイクルが繰り返されます。

ヒートパイプヒートシンクタイプの放熱性能

ヒート パイプの放熱性能は次の要素によって決まります。

作動流体の熱伝導率: 熱伝導率が高いほど、流体はより多くの熱を吸収して輸送できます。

ホットエンドの表面積: 表面積が大きいほど、流体はより多くの熱を吸収できます。

コールドエンドの表面積: 表面積が大きいほど、流体が放出できる熱は多くなります。

パイプの直径: 直径が大きいほど、流体は単位長さあたりにより多くの熱を吸収し、輸送することができます。

ヒートパイプ放熱タイプのメリット

ヒートパイプ ヒートシンクを使用する主な利点は次のとおりです。

· 熱を伝達するのに非常に効率的です：作動流体の熱伝導率は非常に高いため、熱はすぐに吸収され、冷たい端まで運ばれます。この結果、ホットエンドとコールドエンドの温度差が最小限に抑えられ、冷却装置の消費電力が削減されます。

· コンパクトかつ軽量です: ヒートパイプは小型で軽量なので、持ち運びや設置が簡単です。

· 使いやすいです: 作動流体を充填したり、機械的にポンプで送り込んだりする必要はありません。気化した作動流体の自然循環により、作動流体はチューブの長さに沿って移動します。一方の端には熱源が必要で、もう一方の端にはコールドシンクのみが必要です。

· さまざまなタイプの熱源での使用に適しています。: ヒート パイプ技術は、電子機器の冷却への自然な応用だけでなく、建築物や産業プロセスの加熱にも使用できます。宇宙船の推進システムにも使用されています。これは、熱を効率的に輸送および放散する能力により、ほぼあらゆるタイプの熱源から廃熱を伝達できるためです。

· 低電力デバイスでも使用可能: 気化した作動流体の自然循環を開始するには少量の電力が必要ですが、これは低電力デバイスとともに使用される機械式ポンプやファンに必要な電力よりもはるかに少ないです。

· 作動温度が高い: ヒートパイプは周囲よりもはるかに高い温度で動作することができます。これは、他のほとんどのタイプの冷却装置で必要となる、熱源がヒート パイプに入る前に冷却する必要がないことを意味します。

· 耐用年数が長い：気化した作動流体が効率よく熱を伝達するため、装置の寿命が長くなります。

ヒートパイプヒートシンクの用途

1. コンピュータ – ヒートパイプ ヒートシンクは、CPU およびグラフィックス カードによって生成される廃熱を放散するために一般的に使用されます。

2. エレクトロニクス – スマートフォン、タブレット、ラップトップなどの幅広い電子機器で使用されています。

3. 乗り物 – ヒートパイプヒートシンクは、自動車、電車、飛行機などのさまざまな乗り物に使用されています。

4. 建物 – 建物内の冷暖房用途に使用されます。

5. 産業プロセス – ヒートパイプヒートシンクは、廃熱を放散するためにさまざまな産業プロセスで使用されます。

6. 太陽エネルギーシステム – 太陽エネルギーシステムのソーラーパネルの温度を下げるために使用されます。

7。 電気通信 – ヒートパイプヒートシンクは、モデム、ルーター、セットトップボックスなどの通信機器で使用されます。

8. 冷蔵庫 – 少量の冷却しか必要としない一部のタイプの冷凍ユニットにも使用されます。

9. マリン – ヒートパイプヒートシンクは海洋用途、特にエンジンや発電機に使用されます。

10. その他の用途 – メンテナンスやファンの騒音を最小限に抑えながら、大量の廃熱の除去または伝達を必要とするその他のタイプのアプリケーション。